大科技杂志社官方网站

新浪微薄腾讯微薄

最新碎语:想象力比知识更重要

您的位置:大科技杂志社官方网站 >科学之谜> 登陆火星:有怎样 可怕的代价?

登陆火星:有怎样 可怕的代价?

在地球与火星之间的旅程中,由于无处不在的太空辐射而危险重重。这些危险究竟会使人体受到多大伤害?为了踏上火星,人类还要做些什么准备?美国宇航局的科学家们正在为此而努力研究,研究结果将告诉我们火星之旅能否成行。

timg (3).jpg
不解的孽缘:宇宙辐射与癌症

“能否踏上火星的土地,需要解决的一个大问题就是太空辐射。”美国宇航局太空辐射健康组织的专家弗兰克•古森诺塔说,“我们已经清楚有多少种、多大剂量的射线,正在地球与火星之间的太空中等着我们呢。但是我们不知道,当人体接触到它们后,究竟会引起多大的麻烦。”
宇航员在太空中生活的历史不算短,已经可以追溯到45年以前了,但除了以飞快的速度作了几次短暂的月球之旅以外,宇航员基本上从没有在极为远离地球的深度太空中呆过很长时间。深空中来往穿梭着大量来自于太阳风的高能质子流、来自于黑洞新生期间产生的伽马射线暴以及各种恒星爆炸中产生的宇宙射线。在通往火星的遥远旅途上,如果附近没有大行星阻挡或者偏转这些射线,将凭空又多一层冒险。
美国宇航局以致癌程度来衡量与评估辐射的危险度。一个无吸烟不良嗜好的40岁的健康美国人,他们最终因癌症而死亡的几率是20%。这是当检验对象生活在地球上的情况,如果他旅行到了太空,这个危险的几率将上升。
这个危险究竟有多大呢?科学家们研究了在60年前日本广岛原子弹爆炸中幸存下来的受过大剂量辐照人群患上癌症的情况后,得出这样的结论:在火星上执行一项达1000天时间的任务后,患癌的危险将增加1%到19%,而最可能的数据是3.4%。但这种危险几率对于妇女并不适用,因为比男性多了更易受伤害的乳房和卵巢,女宇航员患癌症的危险度差不多是男性的两倍。
辐射致癌的危险范围被划定得非常宽,如果太空辐射对致癌危险仅仅增加区区百分之几,人类完全不必对飞向火星的旅行担忧。问题是如果是19%的比率,这些才40来岁的宇航员回到地球后,在以后的生活中将面临高达20% + 19% = 39%的患癌危险。这是无法让人们接受的。


路漫漫危险重重

太空辐射是一种包含伽马射线、高能质子和宇宙射线的特殊混合体。而原子弹爆炸、癌症治疗和其它研究手段的理论基础,都无法真正与太空辐射的情况完全一致。所以,太空辐射的实际危险远不是我们实验室里能估计得到的情况。
在通往火星的路途上,对宇航员来说最大的威胁还是“银河系宇宙射线”,它们是一些从遥远的超新星爆炸中产生的粒子,被加速到了接近光速。这些粒子中最危险的又数重离子核,如离子化的铁原子核,它们的能量(百万以上电子伏特)比来自于太阳风的高速质子的能量(几十到几百电子伏特)可要高多了。这样的高能粒子像微小的加农炮弹珠,轻而易举地穿透飞船外壳,钻破人的皮肤,打断细胞中遗传物质DNA的双链,毁坏基因甚至杀死细胞。
至今,人类的宇航员其实基本上从未历经过完全剂量的深空宇宙射线照射。即使是常年运转的国际空间站,它的轨道也仅仅只在地球上空的400公里处。而我们的地球球体通过低层大气的折射,在宇宙射线到达国际空间站之前已经拦截掉了其中最具危险的三分之一粒子,还有三分之一则被地球磁场给反射掉了。仅仅只有很少部分的宇宙射线打到了人体的身上。
飞往月球的阿波罗号上宇航员所受到的宇宙射线辐射剂量比太空站中的宇航员多两倍,虽然整个空间穿梭行程只有数天,但已经让他们的眼睛受到了巨大的伤害,多年后,这些宇航员都患上了白内障。阿波罗号的宇航员至今仍然记得,在飞向月球的路上,他们甚至一路看见宇宙射线像火花一样在他们的视网膜上闪耀。幸好除此之外他们似乎没有受到其它伤害,因此弗兰克•古森诺塔总结说,在外面只呆上几天可能是安全的。
但是比起月球来,火星离我们地球遥远得多,因此宇航员在路上的旅行时间将会长达一年以上。如此长时间暴露在“银河系宇宙射线”中,没有哪一个科学研究小组能够估计可能的危险后果。
承担对此进行研究的小组是美国宇航局下属的新太空辐射实验室,他们通过粒子加速器来模拟宇宙射线。研究人员用加速器中产生的高能粒子束来照射哺乳动物的细胞和组织,然后观察它们所受的伤害。一旦所有的危险都已查明,美国宇航局的专家们就能决定究竟应该造什么样的太空飞船飞往火星。

塑料制成宇宙金盾

研究人员研究了主要以铝质金属材料制造的火星飞船对射线的吸收情况,发现铝皮飞船壳可以吸收掉照射到上面的一半辐射线。金属铝材料质量轻、质地坚硬、并且在制造工程领域广为应用,成为制造航空器材最看好的材料。过去阿波罗太空船的指令舱就是以这种材料制成的。
但是像铝这种常规材料还是不能满足飞往火星的苛刻要求,研究人员现在已经准备好了几种替代品,其中就有一种神奇的塑料。
塑料是一种富含氢元素的物质,而氢元素对宇宙射线具有良好的吸收与散射性能,例如,我们常用来制造垃圾袋的聚乙烯塑料,甚至比金属铝还能多吸收20%的宇宙射线,所以聚乙烯成为当前制作辐射防护产品的热门材料。马歇尔太空飞行器研究中心制造的一种超强聚乙烯材料比铝还要硬十倍,并且也要轻许多,只是造价非常昂贵,如果足够便宜,它将成为新一代太空飞船的制造材料,飞船制造者们就会用来武装宇航员生活的区域。实际上,国际空间站的宇航员们已经在使用这种材料制成的便携防护用品。
如果塑料还是不能让人类在太空中自由穿行,纯氢将会被采用。以相同制造成本生产的液态氢比金属铝抵御宇宙射线的能力高2.5倍,所以,更先进的太空飞船可以这样来设计:将装载液态氢燃料的燃料舱设计成墙壁夹层式,把宇航员生活区包裹起来。
人类究竟能不能踏上遥远的火星呢?只有弄清楚了人体对宇宙辐射的承受能力,并且明确了需要制造怎样的飞船以后,这个问题才好被真正回答。

---

转载请注明本文标题和链接:《登陆火星:有怎样 可怕的代价?

分享到:

发表评论

路人甲 表情
Ctrl+Enter快速提交